開發更好的燃料電池催化劑的新方法

為了制造更好的電池和燃料電池，科學家們必須使氧分子更有效地獲得和失去電子。通常，反應令人沮喪地遲緩。加速反應需要加熱和鉑，鉑是昂貴的。現在，研究人員發現了重要的設計原則，以設計使用更容易獲得的金屬和更少熱量的催化劑。催化劑表現良好并且長期穩定。
近日，美國能源部宣布新的設計規則可以獲得更好的燃料電池催化劑，發現了設計性能更好的電極表面（電催化劑）背后的秘密。

功率密度曲線顯示新設計的催化劑（紅色曲線）優于未優化的類似催化劑。圖片來源：美國化學學會
科學家一直在尋找更好的燃料電池和電池電極催化劑。這些催化劑驅動將電子移入和移出氧的反應（稱為氧電催化）。然而，制造這種催化劑一直很困難。為什么？研究人員使用了錯誤的方法。他們需要基本的設計原則。有了這些信息，研究人員可以更好地避免走進死胡同，并開發出有希望的選擇。
創建的金屬 - 空氣電池，燃料電池和其他能量轉換和存儲系統，部分取決于氧分子獲得和失去電子的速度。為了使這些系統具有商業可行性，它們需要廉價，活性，選擇性和穩定的催化劑。研究人員一直在研究用各種比例較便宜的金屬制成的有希望的催化劑。具體地，這些催化劑是分層的，混合的離子 - 電子導電氧化物。
研究人員發現，計算出的描述符，即氧氣與催化劑表面缺氧原子點的緊密程度，可以確定有希望的結構。該團隊通過合成，表征和測試具有不同描述符值的催化劑來測試該描述符如何預測催化性能。他們發現，由鈷摻雜的鎳酸鑭氧化物制成的納米尺棒在1000華氏度（538攝氏度）左右的固體氧化物燃料電池中運行良好，并且長期穩定。團隊的結果證明了設計原則的有效性。此外，這項工作突出了新催化劑的潛力，應該有利于燃料電池和電池的設計工作。